C 語言輸入處理全攻略：從基礎到進階的安全與實用技巧│C言語ナビゲーター～システム開発のための最強リソース～

1 1. 前言：什麼是 C 語言的輸入？
2 2. 基本的輸入處理與函式用法
3 3. 進階輸入處理的解說
4 4. 日文與多位元組文字的輸入處理
5 5. 實例：整合性輸入程式的建立
6 6. 常見錯誤與疑難排解
7 7. 總結與下一步

1. 前言：什麼是 C 語言的輸入？

C 語言是應用最廣泛的程式語言之一，在系統開發與嵌入式系統中扮演著重要角色。
其中，「輸入處理」是從使用者取得資料並反映到程式中不可或缺的功能。
本文將從基礎到進階，詳細解說 C 語言的輸入處理，並提供對初學者到中級開發者都實用的知識。

C 語言輸入的作用

C 語言中的輸入主要有以下用途：

使用者資料輸入：由終端機（主控台）讓使用者輸入數值或字串。
檔案讀取：從外部檔案取得資料並進行處理。
資料驗證與加工：檢查輸入資料，並在必要時進行修正或加工。

例如，依據使用者輸入的數值進行計算的程式，或是從檔案中讀取客戶資訊的系統，都屬於此類應用。

輸入處理的重要性

輸入處理直接關係到程式的安全性與可靠性，特別需要注意以下幾點：

錯誤處理：適當處理輸入錯誤或非預期資料造成的錯誤，以防止程式崩潰。
安全性保障：使用安全的函式以防止像是緩衝區溢位等安全漏洞。
支援多種資料格式：具備可處理數值、字串、檔案等多樣資料型態的彈性設計。

文章目的與內容

本文將依以下步驟解說 C 語言的輸入處理基礎與應用：

標準輸入與標準輸出的運作原理
基本輸入函式的用法與安全性考量
進階輸入處理與檔案操作
錯誤處理與多位元組文字支援

另外，會搭配實際範例程式碼，提供具體使用案例。
目標是讓初學者容易理解，並為中級開發者提供進一步應用的啟發。

下一步

接下來的章節將詳細解說 C 語言中標準輸入與標準輸出的基礎。
讓我們先打好輸入處理的基礎，邁出撰寫安全程式碼的第一步。

2. 基本的輸入處理與函式用法

在 C 語言中，為了進行輸入處理，標準函式庫提供了多種函式。本節將說明標準輸入與標準輸出的運作原理，並解說各種函式的具體用法。

2.1 標準輸入與標準輸出的運作原理

在 C 語言中，「標準輸入」是指從鍵盤等裝置接收資料的機制。同樣地，「標準輸出」是指將結果顯示在螢幕上的機制。

標準輸入 (stdin) 與標準輸出 (stdout) 概要

標準輸入 (stdin)：用來接收使用者從鍵盤輸入的資料。
標準輸出 (stdout)：用來在螢幕上輸出接收的資料或處理結果。

這些功能定義於標準函式庫 <stdio.h>，可在程式中自由使用。

基本程式範例

以下是一個從標準輸入讀取一個整數，並在標準輸出顯示該值的範例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;

    printf("請輸入一個整數: ");
    scanf("%d", &number); // 從標準輸入讀取整數
    printf("輸入的值是 %d。\n", number); // 在標準輸出顯示結果

    return 0;
}

這個程式會將使用者透過鍵盤輸入的數值存入變數 number，並輸出到螢幕。

2.2 使用 `scanf` 函式進行輸入

`scanf` 函式的基本語法

scanf("格式指定子", 位址);

格式指定子用於指定輸入資料的型別。常用的指定子如下：

格式指定子	資料型別	說明
`%d`	int	整數
`%f`	float	浮點數
`%lf`	double	雙精度浮點數
`%c`	char	單一字元
`%s`	char 陣列	字串

實例：同時輸入多筆資料

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    float height;

    printf("請以空格分隔輸入年齡與身高: ");
    scanf("%d %f", &age, &height); // 輸入整數與浮點數
    printf("年齡: %d, 身高: %.2f\n", age, height);

    return 0;
}

此程式可同時輸入年齡與身高，分別存入對應的變數，並輸出結果。

注意事項：緩衝區溢位

scanf 容易因為輸入超出預期長度而發生緩衝區溢位。特別是讀取字串時，若未限制長度，可能破壞記憶體。

2.3 字串輸入與安全處理

`gets` 函式已不建議使用

舊版 C 語言常用 gets 讀取字串，但它無法防止緩衝區溢位，因此已不建議使用。

安全替代方案：`fgets`

現在推薦使用 fgets 安全讀取字串：

#include <stdio.h>

int main() {
    char name[50];

    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin); // 安全讀取字串
    printf("輸入的姓名是: %s", name);

    return 0;
}

重點：fgets 可限制輸入大小，避免緩衝區溢位。

去除字串中的換行符號

name[strcspn(name, "\n")] = '\0'; // 去除換行符號

2.4 輸入錯誤處理

檢測非法輸入

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;

    printf("請輸入一個整數: ");
    if (scanf("%d", &number) != 1) { // 確認是否正確讀取到一筆輸入
        printf("輸入無效。\n");
        return 1; // 錯誤結束
    }

    printf("輸入的值: %d\n", number);
    return 0;
}

此程式會在輸入非整數時提示錯誤並結束執行。

3. 進階輸入處理的解說

本節將解說 C 語言中更進階的輸入處理，包括檔案讀取、錯誤處理以及數值轉換的詳細方法。

3.1 從檔案進行輸入處理

在 C 語言中，除了標準輸入之外，從檔案讀取資料也是常見且重要的功能。當程式需要使用外部資料時，檔案輸入會非常有用。

開啟與關閉檔案

處理檔案時，需先使用 fopen 開啟檔案，處理完畢後用 fclose 關閉檔案。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file; // 宣告檔案指標
    file = fopen("data.txt", "r"); // 以唯讀模式開啟檔案

    if (file == NULL) { // 錯誤檢查
        printf("無法開啟檔案。\n");
        return 1;
    }

    printf("檔案成功開啟。\n");

    fclose(file); // 關閉檔案
    return 0;
}

如果檔案不存在，程式會顯示錯誤訊息並結束。

使用 `fscanf` 進行檔案輸入

fscanf 可根據指定格式從檔案讀取資料。

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file;
    int id;
    char name[50];

    file = fopen("data.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("無法開啟檔案。\n");
        return 1;
    }

    while (fscanf(file, "%d %s", &id, name) != EOF) { // 讀取直到 EOF
        printf("ID: %d, 姓名: %s\n", id, name);
    }

    fclose(file);
    return 0;
}

此範例會從 data.txt 順序讀取整數與字串。

3.2 輸入資料的驗證與錯誤處理

輸入的資料不一定正確，因此錯誤處理是撰寫安全程式的重要步驟。

檢測無效資料

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("請輸入一個整數: ");

    while (scanf("%d", &number) != 1) { // 格式不正確
        printf("輸入無效，請重新輸入: ");
        while (getchar() != '\n'); // 清空輸入緩衝區
    }

    printf("輸入的整數為 %d。\n", number);
    return 0;
}

當偵測到無效輸入時，會要求使用者重新輸入。

3.3 數值轉換與格式指定

程式中經常需要將字串轉換為數值，C 語言可使用 strtol、strtod 等函式進行處理。

將字串轉換為整數 (`strtol`)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char input[20];
    char *endptr;
    long value;

    printf("請輸入數值: ");
    fgets(input, sizeof(input), stdin);

    value = strtol(input, &endptr, 10); // 以十進位轉換

    if (*endptr != '\0' && *endptr != '\n') { // 檢查轉換是否正確
        printf("無效的數值。\n");
    } else {
        printf("輸入的值為 %ld。\n", value);
    }

    return 0;
}

將字串轉換為浮點數 (`strtod`)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char input[20];
    char *endptr;
    double value;

    printf("請輸入數值: ");
    fgets(input, sizeof(input), stdin);

    value = strtod(input, &endptr); // 轉換為浮點數

    if (*endptr != '\0' && *endptr != '\n') {
        printf("無效的數值。\n");
    } else {
        printf("輸入的值為 %.2f。\n", value);
    }

    return 0;
}

此範例可處理包含小數點的數值。

4. 日文與多位元組文字的輸入處理

本節將解說如何處理包含日文在內的多位元組文字。要正確處理日文等非 ASCII 字元，必須理解字元編碼並使用合適的函式。

4.1 處理日文的準備工作

字元編碼與編碼方式的差異

處理日文時，需要正確設定字元編碼與編碼方式。常見的編碼如下：

字元編碼	特點
UTF-8	全球通用的字元編碼，廣泛支援於多數系統與平台。
Shift_JIS	在日本國內過去常用的字元編碼，與舊環境的相容性高。
EUC-JP	在 UNIX 系統中廣泛使用的日文編碼。

在進行國際化時，建議使用 UTF-8。

設定地區 (Locale)

為了正確處理日文，必須設定適當的地區參數 (Locale)。以下範例將地區設定為日文：

#include <stdio.h>
#include <locale.h>

int main() {
    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8"); // 設定日文地區

    printf("地區設定完成。\n");
    return 0;
}

設定後，程式將能更好地處理日文文字與編碼。

4.2 寬字元與 `wchar_t` 的應用

C 語言提供寬字元型別來處理多位元組文字，使用 wchar_t 型別可儲存比 char 更多的資料。

寬字元的輸入與輸出

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
#include <locale.h>

int main() {
    wchar_t name[50];
    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8"); // 設定日文地區

    wprintf(L"請輸入姓名: ");
    fgetws(name, sizeof(name) / sizeof(wchar_t), stdin);
    wprintf(L"輸入的姓名是: %ls\n", name);

    return 0;
}

程式重點

setlocale 的使用：為了正確處理日文輸入，必須設定地區。
wchar_t 型別：用於儲存寬字元。
wprintf 與 fgetws：專用於寬字元的 I/O 函式，可安全處理日文與其他多位元組文字。

4.3 多位元組文字的處理

多位元組文字與位元組數的計算

多位元組文字一個字可能佔用多個位元組，因此計算字元數或位元組數時需使用專用函式。

#include <stdio.h>
#include <locale.h>
#include <wchar.h>

int main() {
    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8");

    char str[] = "こんにちは"; // 多位元組字串
    int length = mbstowcs(NULL, str, 0); // 計算字元數

    printf("字元數: %d\n", length);
    return 0;
}

4.4 多位元組文字的錯誤處理

檢測無效字元編碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <locale.h>
#include <wchar.h>

int main() {
    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8");

    char input[100];
    wchar_t output[100];
    printf("請輸入字串: ");
    fgets(input, sizeof(input), stdin);

    if (mbstowcs(output, input, 100) == (size_t)-1) {
        printf("檢測到無效的字元編碼。\n");
        return 1;
    }

    wprintf(L"轉換結果: %ls\n", output);
    return 0;
}

此程式使用 mbstowcs 檢測並處理無效的字元編碼。

5. 實例：整合性輸入程式的建立

本節將綜合前面所學，建立一個實用輸入程式，結合整數、浮點數、字串輸入與驗證、檔案操作，以及日文支援。

5.1 範例 1：多資料輸入與驗證

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

int main() {
    int age;
    float height;
    char name[50];

    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin);
    name[strcspn(name, "\n")] = '\0';

    printf("請輸入年齡: ");
    while (scanf("%d", &age) != 1 || age < 0) {
        printf("輸入無效，請重新輸入: ");
        while (getchar() != '\n');
    }

    printf("請輸入身高(cm): ");
    while (scanf("%f", &height) != 1 || height < 0) {
        printf("輸入無效，請重新輸入: ");
        while (getchar() != '\n');
    }

    printf("姓名: %s\n", name);
    printf("年齡: %d 歲\n", age);
    printf("身高: %.2f cm\n", height);

    return 0;
}

5.2 範例 2：從檔案讀取資料

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    FILE *file;
    int id;
    char name[50];
    float score;

    file = fopen("data.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        printf("無法開啟檔案。\n");
        return 1;
    }

    printf("資料列表:\n");

    while (fscanf(file, "%d %s %f", &id, name, &score) == 3) {
        printf("ID: %d, 姓名: %s, 分數: %.2f\n", id, name, score);
    }

    fclose(file);
    return 0;
}

5.3 範例 3：支援日文輸入

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
#include <locale.h>

int main() {
    FILE *file;
    wchar_t name[50];

    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8");

    wprintf(L"請輸入姓名: ");
    fgetws(name, sizeof(name) / sizeof(wchar_t), stdin);

    name[wcslen(name) - 1] = L'\0';

    file = fopen("output.txt", "w");
    if (file == NULL) {
        wprintf(L"無法開啟檔案。\n");
        return 1;
    }

    fwprintf(file, L"姓名: %ls\n", name);
    fclose(file);

    wprintf(L"資料已儲存。\n");
    return 0;
}

6. 常見錯誤與疑難排解

本節將介紹 C 語言輸入處理中常見的錯誤與問題，並提供具體的解決方法。

6.1 緩衝區溢位 (Buffer Overflow)

問題概述

使用 scanf 等函式時，如果輸入長度超過預期，就可能發生緩衝區溢位，導致程式出現異常行為。

發生範例

#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[10];
    printf("請輸入姓名: ");
    scanf("%s", buffer); // 若輸入超過 10 字元，會溢位
    printf("姓名: %s\n", buffer);
    return 0;
}

輸入超過緩衝區大小時，記憶體可能被破壞。

解決方案：使用 `fgets`

#include <stdio.h>

int main() {
    char buffer[10];
    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin); // 限制輸入長度
    printf("姓名: %s\n", buffer);
    return 0;
}

透過限制輸入大小，可避免溢位。

6.2 輸入緩衝區殘留資料

問題概述

使用 scanf 時，換行符號或空白可能殘留在緩衝區，導致下一次輸入被跳過。

發生範例

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    char name[50];

    printf("請輸入年齡: ");
    scanf("%d", &age);
    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin); // 會讀到殘留的換行
    printf("姓名: %s\n", name);
}

解決方案：清除緩衝區

#include <stdio.h>

int main() {
    int age;
    char name[50];

    printf("請輸入年齡: ");
    scanf("%d", &age);
    while (getchar() != '\n'); // 清除殘留資料

    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin);
    printf("姓名: %s\n", name);

    return 0;
}

6.3 數值轉換錯誤

問題概述

將字串轉換為數值時，如果包含無效字元，可能導致錯誤或不正確的值。

發生範例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char input[10];
    int number;

    printf("請輸入數值: ");
    fgets(input, sizeof(input), stdin);
    number = atoi(input); // 無效字串會回傳 0
    printf("輸入的數值: %d\n", number);
}

解決方案：使用 `strtol` 檢查

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char input[10];
    char *endptr;
    long number;

    printf("請輸入數值: ");
    fgets(input, sizeof(input), stdin);
    number = strtol(input, &endptr, 10);

    if (*endptr != '\0' && *endptr != '\n') {
        printf("無效的數值。\n");
    } else {
        printf("輸入的值為 %ld。\n", number);
    }

    return 0;
}

6.4 日文亂碼

問題概述

若編碼設定不正確，處理日文時可能出現亂碼。

發生範例

#include <stdio.h>

int main() {
    char name[50];
    printf("請輸入姓名: ");
    fgets(name, sizeof(name), stdin);
    printf("姓名: %s\n", name);
}

解決方案：設定地區與使用寬字元

#include <stdio.h>
#include <locale.h>
#include <wchar.h>

int main() {
    wchar_t name[50];
    setlocale(LC_ALL, "ja_JP.UTF-8");

    wprintf(L"請輸入姓名: ");
    fgetws(name, sizeof(name) / sizeof(wchar_t), stdin);
    wprintf(L"姓名: %ls\n", name);

    return 0;
}

7. 總結與下一步

本文從 C 語言輸入處理的基礎到進階應用，涵蓋錯誤處理、日文支援與疑難排解，提供完整的學習路線。

7.1 重點回顧

1. 基礎輸入處理

理解標準輸入與輸出的運作方式，並掌握 scanf 與 fgets 的用法。
學會錯誤處理與避免緩衝區溢位。

2. 進階輸入處理

熟悉檔案讀取、資料驗證與數值轉換技巧。

3. 多位元組文字處理

能正確處理日文與多語系文字，理解 wchar_t 與地區設定。

4. 實例應用

將整數、浮點數、字串、檔案與日文支援整合到一個完整程式。

5. 疑難排解

處理緩衝區溢位、殘留資料、數值轉換錯誤與亂碼問題。

7.2 下一步學習建議

陣列與指標：深入理解輸入處理中的記憶體管理與動態陣列。
結構體與檔案操作：用結構體管理複雜資料並強化檔案存取。
函式與模組化：提升程式的可讀性與重用性。
進階錯誤處理：引入日誌與例外處理機制。
多執行緒編程：提升輸入處理的效率。
跨語言與網路程式設計：結合其他語言或網路功能開發應用。

7.3 實作建議

親手輸入並運行範例程式，加深理解。
善用標準函式庫文件查詢不熟悉的用法。
由小型專案逐步擴展到大型專案。
面對錯誤訊息時，先分析後解決，累積經驗。

7.4 結語

透過本篇文章的學習，你已經掌握 C 語言輸入處理的基礎與進階技巧。C 語言雖然簡潔，但功能強大，只要靈活運用，就能開發出各種實用且高效的應用程式。

接下來，請將這些知識應用到實際專案中，不斷優化程式，並探索更多 C 語言的可能性。

C 語言輸入處理全攻略：從基礎到進階的安全與實用技巧

1. 前言：什麼是 C 語言的輸入？

C 語言輸入的作用

輸入處理的重要性

文章目的與內容

下一步

2. 基本的輸入處理與函式用法

2.1 標準輸入與標準輸出的運作原理

標準輸入 (stdin) 與標準輸出 (stdout) 概要

基本程式範例

2.2 使用 scanf 函式進行輸入

scanf 函式的基本語法

實例：同時輸入多筆資料

注意事項：緩衝區溢位

2.3 字串輸入與安全處理

gets 函式已不建議使用

安全替代方案：fgets

去除字串中的換行符號

2.4 輸入錯誤處理

檢測非法輸入

3. 進階輸入處理的解說

3.1 從檔案進行輸入處理

開啟與關閉檔案

使用 fscanf 進行檔案輸入

3.2 輸入資料的驗證與錯誤處理

檢測無效資料

3.3 數值轉換與格式指定

將字串轉換為整數 (strtol)

將字串轉換為浮點數 (strtod)

4. 日文與多位元組文字的輸入處理

4.1 處理日文的準備工作

字元編碼與編碼方式的差異

設定地區 (Locale)

4.2 寬字元與 wchar_t 的應用

寬字元的輸入與輸出

程式重點

4.3 多位元組文字的處理

多位元組文字與位元組數的計算

4.4 多位元組文字的錯誤處理

檢測無效字元編碼

5. 實例：整合性輸入程式的建立

5.1 範例 1：多資料輸入與驗證

5.2 範例 2：從檔案讀取資料

5.3 範例 3：支援日文輸入

6. 常見錯誤與疑難排解

6.1 緩衝區溢位 (Buffer Overflow)

問題概述

發生範例

解決方案：使用 fgets

6.2 輸入緩衝區殘留資料

問題概述

發生範例

解決方案：清除緩衝區

6.3 數值轉換錯誤

問題概述

發生範例

解決方案：使用 strtol 檢查

6.4 日文亂碼

問題概述

發生範例

解決方案：設定地區與使用寬字元

7. 總結與下一步

7.1 重點回顧

7.2 下一步學習建議

7.3 實作建議

7.4 結語

C 語言比較運算子完整教學｜基礎用法、範例與常見錯誤解析

C 語言鏈結串列完整教學：從基礎概念到實作與應用範例

2.2 使用 `scanf` 函式進行輸入

`scanf` 函式的基本語法

`gets` 函式已不建議使用

安全替代方案：`fgets`

使用 `fscanf` 進行檔案輸入

將字串轉換為整數 (`strtol`)

將字串轉換為浮點數 (`strtod`)

4.2 寬字元與 `wchar_t` 的應用

解決方案：使用 `fgets`

解決方案：使用 `strtol` 檢查